Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora?

Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 12:52 · pre 173 meseca #1

Pozdrav,

interesuje me kako moze da se ustavnovi kvalitet nekog kristalnog rezonatora (quarz) ili kristalnog oscilatora (male kockice sa 4 pina)?
Konkretno me interesuje stabilnost (ppm) i fazni shum. Da li na fazni sum utice kvalitet quarz-a ili iskljucivo zavisi od upotrebljene elektronike?
Pitam ovo jer me interesuje kakva je razlika izmedju low-cost quarz i nekih drugih (skupljih)? Samo ppm?

Inace imam na lageru vazdan nekih kristala i oscilatora (imam i one male pozlacene SMD sa 4 pin-a iz PC elektronike) ali kako da ustanovim koji je od njih "bolji"?

Hteo bih u ovoj spravici da zamenim postojeci i da postavim nesto bolje (samo pls bez rubidiuma i cezijuma :) u cilju da dobijem manji fazni shum sto mi je osnova za unapredjenje perfomansi.

Od merne opreme imam solidan counter za 1GHz (sa TXO), spektralac do 500Mhz i 100MHz DSO pa ako moze sa tim nesto da se ustanovi ...

Predpostavljam da bi mi za ovo (merenje faznog suma) bilo potrebno nesto za poredjenje, imam na counteru izlaz od 5MHz, jel moze sa tim nekako, fazni detektor gde bi jedan ulaz bio iz "reference" (ovih 5Mhz) a drugi iz oscilatora koji testiram?

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 14:10 · pre 173 meseca #2

Citat:

mikikg:
Konkretno me interesuje stabilnost (ppm) i fazni shum. Da li na fazni sum utice kvalitet quarz-a ili iskljucivo zavisi od upotrebljene elektronike?

za fazni sum ne znam, mada, mislim da fazni sum ima veze samo sa oscilatornim kolom i da nema nikakve veze sa samim kvarcom no to ce sava ili neko drugi tacnije da kaze ..

za stabilnost, kao i za svaku drugu stvar, treba ti sprava koja stabilnija bar za red velicine od sprave koju meris i onda meris odstupanje ... imas razne nacine, ja npr okacim rubidijum kao referencu na frequency counter, okacim to sto merim na ulaz i onda lepo kazem "meri mi min, max i standard deviation na 100, 1000 i 10000 samplova" i lepo gledam sta je na ekranu :D .. za neke ozbiljnije stvari imas onaj ploter koji plota razliku u frekvenciji izmedju dve sprave, pa sa jedne strane okacis neki rubidijum ili neki cezijum ili neki txo, vxo ili sta vec imas (koliko stabilno ti treba) i onda pustis da crta grafik odstupanja ... doduse ne znam de da nadjes taj ploter, ja vido jedan u radio difuznoj agenciji (gde truli i skuplja budj) i jedan u opservatoriji gore na zvezdari gde prati rad cezijuma i gps-a

Potpis

arhimed
http://www.mysql.rs/ | http://elco.crsndoo.com/

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 14:48 · pre 173 meseca #3

Predpostavio sam sve sto pricas, al ajd da proverim ...

Za sad jedino "kvalitetno" sto imam je 5MHz izlaz is countera za koji predpostavljam da ima dobru dugorocnu stabilnost ali ne znam kako stoji sa faznim sumom jer mislim da te dve stvari ne idu zajedno.

Drugu opciju koju imam je Si570 za koji proizvodjac kaze da ima veoma mali fazni sum ali kuburi sa dugorocnom stabilnoscu.

Ma presao sam se sto nisam uzeo rubidium kad ste narucivali, nisam tad bio u mogucnosti ...

Inace ovo sto sam predpostavio sa faznim detektorom je jedna od metoda merenja.
Evo ovde vrlo fin slikoviti i opsirni dokument oko tehnika merenja faznog suma:
http://www.thegleam.com/ke5fx/HP_PN_seminar.pdf

Znaci nista bez dobre reference :(. Inace mi treba jedan ozbiljan generator pa nesto razmisljam o "Marconi 2019" koji se prodaje u oglasima za 430. Dal vredi to te pare? Jel ima nesto mozda slicno a da bude tog kvaliteta (modulacija mi prakticno nije potrebna) ?

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 16:38 · pre 173 meseca #4

Citat:

mikikg:
Predpostavio sam sve sto pricas, al ajd da proverim ...

Za sad jedino "kvalitetno" sto imam je 5MHz izlaz is countera za koji predpostavljam da ima dobru dugorocnu stabilnost ali ne znam kako stoji sa faznim sumom jer mislim da te dve stvari ne idu zajedno.

ne treba ti izlaz, okacis kristal na taj counter i to sto pokaze je u skladu sa tom referencom koju ima counter .. na zalost pitanje koliko je ta referenca dobra (ako counter nema pecku, to unutra ti nije dovoljno posto je malo bolje od tih kristala, ne dovoljno bolje).

Citat:

Znaci nista bez dobre reference :(. Inace mi treba jedan ozbiljan generator pa nesto razmisljam o "Marconi 2019" koji se prodaje u oglasima za 430. Dal vredi to te pare? Jel ima nesto mozda slicno a da bude tog kvaliteta (modulacija mi prakticno nije potrebna) ?

ja sam video mnogo generatora i nijedan mi se nije nesto svideo, moj hp3310A (analogni malac) ima bolji thd i stabilniji izlaz od nekih novih digitalnih agilenta .. doduse, na digitalni agilent ubodes 10MHz sa rubidiuma od pozadi i imas extra stabilan izlaz (THD je i dalje preko 0.1%) ... za generator je bitno za sta ti treba, ja radim digitaliju, meni treba mnogo brz, stabilna frekvencija i sl sa arbitrary signalom ali mi je thd skroz nebitan (0.5% je vise nego ok)... ali mi je bitan rise time odnosno slew rate ... ako radis radio, bitna ti je modulacija i slicne zezancije .. etc etc .. ti valjda znas sta ti je bitno na spravi koju ces da koristis ... u svakom slucaju uzmi nesto sto moze da ima externu referencu, a onda externu referencu napravis/kupis kad skupis pare/vreme...

danas nije neki preveliki problem za externu referencu, ne moras da uzimas rubidijum, jos je lakse da nabudzis neku pec koju kontrolises nekim gps-om i dobijes dovoljno stabilan oscilator ... zabodes ga kao sors u svoj counter i eto ti resenja

Potpis

arhimed
http://www.mysql.rs/ | http://elco.crsndoo.com/

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 17:23 · pre 173 meseca #5

Hmm, ovaj Marconi 2019 ima pecku za oscilator i ima ulaz i izlaz za referencu a po speciikaciji 0.1 do 0.5ppm. Mislim da je sprava krajnje ozbiljna. Inace je to RF signal generator, nije function generator, samo sinus daje ...
Spomenuti counter sto imam, ne znam dal ima pecku, ima neku budzu/kocku al dal je temperaturno kontrolisana, ne znam. On po specifikaciji ima ± 4.10E-6 gresku ofseta i ± 1.10E-7 tacnost za oscilator. Dal to lici na TCXO?

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 17:24 · pre 173 meseca #6

Samo sam bacio pogled na pitanja u ovoj temi, moguce je da sam stosta prevideo.
Elem naravno da fazni sum zavisi od kvaliteta kristala kvarca i to posebno u bliskoj zoni oko kerijera. Ima dosta literature na netu o ovome (recimo minicircuits ima dosta app nota) sa sve formulama i sl. Ima i nesto radova na srpskom pokusacu da ih iskopam i okacim ovde.
U app notama se takodje mogu pronaci i neki nacini za merenje faznog suma.

Na prethodnom poslu smo imali neki besan agilent, dal' bese e4440 ili sl. On to meri sam: spojis osc, pritisnes dugme i zavalis se u stolicu

Samo to zadovoljstvo i komocija kosta jaaako puno...

Potpis

R Tape loading error, 0:1

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 20:38 · pre 173 meseca #7

Citat:

bogdan.kecman: za fazni sum ne znam, mada, mislim da fazni sum ima veze samo sa oscilatornim kolom i da nema nikakve veze sa samim kvarcom no to ce sava ili neko drugi tacnije da kaze ..

-vs-

Citat:

yugaja: Elem naravno da fazni sum zavisi od kvaliteta kristala kvarca i to posebno u bliskoj zoni oko kerijera

Jel zavisi od kristala ili ne? :)

Cela stvar mi se oko toga vrti, jer mislim da su u onoj spravici turili verovatno najjeftiniji moguci kristal, a imam na lageru neke druge za koje mislim da su bolji jer su bili po nekim ozbiljnijim radio uredjajima ili gotovi oscilatori sa elektronike od starijih HD i sl.

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 21:32 · pre 173 meseca #8

Citat:

Jel zavisi od kristala ili ne? :)

ja rekoh da za fazni sum ne znam i da pretpostavljam tako da ti je to informacija trece klase i mozes slobodno da je izignorises :)

Potpis

arhimed
http://www.mysql.rs/ | http://elco.crsndoo.com/

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 03.08.2012. u 23:41 · pre 173 meseca #9

Postoje spravice koje mere rezonantnu frekvenciju kristala koju možeš da vidiš i kao fazni šum na osciloskopu. Jedna takva vrlo jednostavna sprava je objavljena svojevremeno u Radioamateru i ja sam je napravio, ali kako je meni samo bilo bitno da znam frekvenciju kristala nisam dodao taj deo sklopa za gledanje krive. Kriva je klasična sinusoida u kojoj se vidi neko izobličenje. Znači sprava nije laboratorijska, ali je dovoljna da uporediš dva kristala.

Ono što je tebi bitno je stabilnost frekvencije. Po meni je najbolje da napraviš onoliko identičnih oscilatora koliko imaš kristala i da ih držiš neprekidno uključene nekoliko dana i periodično (dan-noć, razlika u temperaturi) zapisuješ izmerene vrednosti. Dosadno i dugotrajno, ali ćeš zato sa sigurnošću da utvrdiš koji ti je najstabilniji.

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 04.08.2012. u 01:57 · pre 173 meseca #10

@mikikg

E, Mikac iskopao sam ti nesto o tome:

http://www.lansdale.com/Articles/an1639.pdf
http://www.greenrayindustries.com/library/PhaseNoise08.pdf

Mozda vec to imas.

---------------------------------
Elem, fazni sum i dugorocna stabilnost su slicne stvari samo sa drugacijim vremenskim intervalom posmatranja.
Svaka greska ucestanosti je istovremeno i fazna greska realnog odnosu na zamisljeni talasni oblik koji nema takvu gresku.

Pretpostavljam da ti je od manjeg interesa dugorocna stabilnost jer je mozes naci u data-sheet od doticnog oscilatora.
Verujem da de interesuje fazna greska u okviru od jedne do nekoliko perioda nosioca, sto se prakticno naziva faznim sumom.

----------------------------------

Treba napraviti LC oscilator sa oscilatornim kolom veceg Q faktora, cija ce frekvencija da bude kontrolisana nekom varikap diodom vezanom kroz serijski kondenzatorcic ka C od oscilatornog kola, tako da njen pun raspon promene utice tek 1:1000 na velicinu C u oscilatornom kolu.
Utrimujes oscilatorno kolo na tacnu ucestanost merenog oscilatora i nekim brzim XOR pokupis signale sa oba i napravis PLL koji ce da ti "drzi" tvoj LC oscilator.
Filterom iza PLL mozes namestiti brzinu korekcije LC oscilatora. Ako namestis npr. brzinu korekcije (odziv) PLL za 100uS, ispred filtera (na izlazu XOR) ces videti fazni sum koji je brzi od odziva PLL.

Samo oscilatorno kolo sa visokim Q ima veoma mali fazni sum, i ako ga "polako" PLL-om drzis na ucestnosti merenog oscilatora, ono radi kao dobar referent. Podseca na dobar zamajac kome je veoma tesko naglo izvrsiti devijaciju brzine.

Da budem precizniji, LC oscilator sa kolom koje ima visok Q i veoma slabo je pobudjeno daje skoro apsolutan sinus sa zanemarljivim faznim sumom u kracim vremenskim intervalima. Njima je problem stabilnost u duzim vremenskim intervalima zbog osetljivosti na temperaturu. U "Metzgeru" imas vise primera dobrih oscilatora koji daju veoma "cist" sinus.

Iza XOR spori filter sluzi za sam PLL, a jos jedan mnogo brzi sa posmatranje jittera. Kada sa tog brzeg filtra na AC sprezi osciloskopa "razvuces" opseg, moci ces lepo videti sam jitter.

Naravno, sam XOR mora da ti bude vrhunski, sa veoma garantovanim tresholdima, ali to je neuporedivo jevtinije od nekog specijalizovanog instrumenta.

------------------------------------------------------
Npr. ja bih, ako mi je potreban veoma mali fazni sum, napravio dobar LC oscilator koji bih dugorocno "drzao" PLL-om ciji je referent neki kvarcni oscilator sa dobrom dugorocnom stabilnoscu.

Kod kvarcnih oscilatora jitter najvise potice od elektronike koja opterecuje kvarc, slabo spregnut kvarc koji je istovremeno slabo pobudjen ima veoma mali jitter, ali zato ima nepouzdano zapocinjanje oscilacija :-(, pa su standardna resenja obicno neki kompromis te dve stvari.

Prekopaj po HP journale iz perioda '80-'90, mozda ces naci neku shemu etalonskih oscilatora.
Ili mozda neki service manual od nekih mocnih naprava, pa vidis kako su oni to uradili.
Sve te sheme u mocnim mernim napravama su prepune metoda "krvave" visegodisnje borbe sa nezeljenim pojavama, i resenjima istih.

Pozzz

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 04.08.2012. u 08:44 · pre 173 meseca #11

Miki, naravno da na fazni shum uticu i sam kristal i okruzenje. Zbog svojeg ogromnog Q faktora kristal mu dodje kao sopstveni filter. Tu osobinu je iskoristio dr Ulrich Rohde da napravi ultra low noise kristalni oscilator.
Jeste da na PN (phase noise) utice kvalitet samog rezonatora, ali ne verujem da ce najbolji LC oscilator biti bolji od najgoreg kristalnog oscilatora

.
Sto se tice merenja PN, ja sam pravio neku elektroniku za to... poenta je da ti merni sistem bude bolji od onog sto meris i da moras da imas referencu koja je kvalitetnija od merenog. To se u amaterskim uslovima resava ako sto napravis dva ista oscilatora, pa na dobijene rezultate dodas 3 dB (posto bi, teoretski, taj uredjaj sabrao PN od oba oscilatora). Evo ti linAk od cuvenog Wenzela, gde ces naci literature i za smejanje i za plakanje (kao u onom vicu: prvo mu se nasmejao kad mu je nesto rekao, a posle se rasplakao kad mu je nesto pokazao) Wenzel. Pogledaj citav sajt, imas literature vise no u Narodnoj biblioteKi

Evo i direktnog linka za aparaturu za merenje PN: PN measurements. Ja sam dobijeni audio signal vodio na Creative Labs zvucnu karticu (debelo placenu) i koriscen je program za audio analize...

Pozdrav,

Potpis

73 de YU1OL

Re: Kako ustanoviti kvalitet kristala ili kristalnog oscilatora? 04.08.2012. u 16:12 · pre 173 meseca #12

Hvala macolakg i foxhunter na savetima. @foxhunter nisam te video mesecima na forumu a vrlo rado citam tvoje komentare :)

Elem, gledao sam malo sta se tu desava i u sustini ima vec dosta gotovih merenje i resenja.

Prvo, Wenzel su "baje" za oscilatore, video sam polovne prodaju po 30-50E :( ali su im karakteristike mrak. Medjutim tu ima mala zaludjica sto bi te oscilatore valjalo "disciplinovati" sa GPS kao recimo u ovom ovde projektu http://gpsdo.i2phd.com/. Tu su recimo koristili 10kHz TIMEPULSE signal od GPS prijemnog modula kako bi dobili neku referencu (uz mnozenje) od recimo 1MHz. Kasnije su to mnozili cak do 1GHz i dobili i dalje veoma dobre perfomance. Pogledajte sliku 2 i 3 sa linka kako im je to izgledalo na kraju kada su pratili taj signal od 1GHz na prijemniku koji je imao rubidiumski oscilator.
Medjutim za ovakvu konstrukciju je potreban GPS Jupiter-T module od firme Navman koji ima 1PPM referencu na 10Khz. Vecina ostalih GPS modula koji se sad vrte na trzistu ima na zalost 1PPM referencu na 1Hz sto ne moze da se iskoristi :(

Dalje, rubidiumski oscilatori su kao sto je poznato su "zakon" i evo kako izgleda njegov fazni suma na 10MHz:

Fazni sum je skroz OK (moze to i bolje, vidi dole) ali je odlika ovih oscilatora sto imaju fantasticnu preciznost radne ucestanosti.

Sad dolazi najzanimljivi deo, radili su poredjenje jednod DDS napravljenog sa AD9912 (1Gs) kome je bio ulaz za master clock od 1Ghz Wenzel-a i sada vec veoma poznatog Si570 oscilatora. http://hanssummers.com/ddssi570.html. Evo kako izgleda fazni sum:

Kao sto se vidi ovaj DDS je "razvalio" i Si570 i rubidium :) Ovde se mora uzeti u obzir da je gore spomenuti rubidium bio na 10MHz a ovi ovde oko 150/170Mhz sto je vise nego jedna dekada razlike. Kada se ucestanost oscilatora mnozi ili deli, dolazi do promene faznog suma od 20dB po dekadi (6dB po oktavi).

Iz ovoga proizilazi da Si570 koji moze da sintetise ucestanost oko 100MHz prakticno u rangu rubidiumskog oscilatora po pitanju faznog suma (kada se uracuna mnozenje)!!! Naravno Si570 nema sanse da pridje rubidiumu po pitanju preciznosti ali iskreno bar meni to nije toliko ni bitno.

Dakle, ja cu se drzati ovog malog zeznutog malca Si570 koji imam i poslusati savet foxhunter-a koji je odavno predlozio da se "zalepi" jedan BD-jac trandza na njega kao grejac i sa NTC odzava temperatura u cilju dugorocne stabilizacije generisane/radne ucestanosti. Jos ako se to sve lepo spakuje u malecku metalnu kuticu to ima da radi ko zmaj. Inace svaki Si570 je ponaosob kalibrisan u fabrici tj zapisana je u ROM-u njegova default izmerena ucestanost (verovatno na 25 stepeni) koja se kasnije koristi u kalkulaciji.

A za ovaj konkretan RTL USB dongle cu videti da nabavim neki fixni oscilator isto od Silicon Labs jer mi zao da potrosim Si570 samo za jednu ucestanost a i komplikacija mi je jer bi morao da stavljam MCU i plus zaglup sto nebi mogao da inicijalizujem sam USB dongle dok "moj" oscilator ne proradi. BTW: Uspeo sam da poteram samo njegov ADC i prakticno dobio direct-sampling prijemnik/analizator (sta god) od DC-28.8Mhz (ima DDC u sebi) sa 2MHz bandwitha!

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

Forum kao aplikacija na telefonu

Srodne teme